中科院传喜讯!中国3D钛合金重大突破,率先应用歼20战机

时间:2024-05-10 04:07 点击:155

据新华网报道,日前中国科学院金属研究所团队传来喜讯,成功研发出比疲劳强度打破世界记录的3D打印钛合金材料,解决了传统3D打印钛合金在极端情况下抗疲劳强度不足的问题,据悉,这将大大促进3D打印材料在航空航天领域的应用。

(某型战斗机的主承力框)

(某型战斗机的主承力框)

说到航空航天,对钛合金强度需求比较高的就是现代化战斗机的主承力框,在战斗机的机身机构里,承力框需要固定发动机,将发动机的强大推力传递到整个机身,因此对强度的要求很高。不仅如此,为了追求更好的气动外形,主承力框的造型都不太规整,为了快速制造这种构型比较复杂而且尺寸大的工件,3D打印已经成为主流,然而3D钛合金打印存在一个“硬伤”,那就是强度不足。

造成“先天不足”的原因正是传统3D打印的工艺造成,由于3D钛合金打印的原理是将钛合金粉末或线材熔化,在定型后重新固化,最终完成构件过程,简单理解就是将钛合金一层一层“加焊”,最终将“焊条”和“焊点”塑造成最终的工件,由于缺乏传统锻压、冲压等过程,钛合金加焊层中会有细微空洞。因此,虽然3D钛合金打印的工件重量轻,制造速度快,但为了避免因为强度不足产生的危险,这些工件的设计寿命往往比较短,避免因为金属疲劳造成工件损坏,造成飞行安全问题。

(歼-20作为中国最先进的现役战机,融合大量先进科技)

而经过了中国科学院团队的研究,发现在钛合金 3D打印过程中在高温段有一个窗口可以让钛合金的“打印增材”更细化,有效抑制工件上的气孔和缝隙,这加强了钛合金工件的强度,具备强大的抗金属疲劳强度。

解决这一问题,对航空制造非常关键,不止歼-20会使用3D钛合金工件,现在的主流飞机都有大量的3D钛合金构件。以F-22战斗机为例,这个开发于上世纪90年代的产品,其中钛合金占比就达到了41%。而F-35采用的钛合金3D打印部件虽然占比下降到了19%左右,但单一构件的尺寸更大,导致这一情况的原因就是技术的大幅进步,钛合金3D打印可以制造更大的工件,但工件越大,强度问题就越突出,这也是F-35钛合金用量减少的原因之一。

(钛合金3D打印的歼-20骨架)

再回到国内的歼-20战斗机,尽管歼-20战机的钛合金比例不明,但此前航展上就曾展出过歼-20主承力框的3D钛金属打印构件,而新技术已经在歼-20战机上率先应用,助力歼-20性能进一步提升。而主承力框可以说是战机上最大的单体3D构件,连主承力框都是3D钛合金打印的,那么其他的框架钛合金占比自然不会少。

在获得此次中国科学院研发成果的加持后,包括歼-20在内的国内先进战机的3D钛合金构件数量只会更多,构件也会越来越大。钛合金不但轻,如今强度问题也已经解决,对国产战机性能的提升非常有重要。而且国家能够将这种技术公开,不难推测,很可能更先进的材料技术已经应用在了新一代战机上。


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